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X86和ARM

2015-09-25
关键词: X86 ARM

  前言:
  Intel基于X86的cpu x86体系下共同的主要型号:8086,80286,80386,80486,80586。Intel的其他主要型号:PentiumCeleronCore。
  AMD的其他主要型号:K6AthlonPhenom
  VIA的其他主要型号:Cyrix
ARM7系列 ARM9系列 ARM9E系列 ARM10E系列 SecurCore系列 Intel的Xscale Intel的StrongARM ARM11系列 。
  一:性能
  X86结构的电脑无论如何都比ARM结构的系统在性能方面要快得多、强得多。X86的CPU随便就是1G以上、双核、四核大行其道,通常使用45nm(甚至更高级)制程的工艺进行生产;而ARM方面:CPU通常是几百兆,最近才出现1G左右的CPU,制程通常使用不到65nm制程的工艺,可以说在性能和生产工艺方面ARM根本不是X86结构系统的对手。
  但ARM的优势不在于性能强大而在于效率,ARM采用RISC流水线指令集,在完成综合性工作方面根本就处于劣势,而在一些任务相对固定的应用场合其优势就能发挥得淋漓尽致。

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  我们实际拿两个处理器来对比
  1.Cortex-A9双核2.0GHz,数据来源于ARM官方网站
  2. Intel Xeon E3-1220L,性能数据来源于spec.org,规格来自于Intel网站
  Cortex-A9双核2.0Ghz,TSMC 40nm工艺(40G),功耗1.9w,芯片面积6.7mm2(只包含核心和L1)
  E3-1220L双核2.2Ghz,Intel 32nm工艺,功耗20W,单核芯片面积18mm2(只包含核心/L1/256KB L2)双核x2 36mm2
  Cortex-A9 1GHz单核性能specint2000 450左右,双核2.0Ghz,满打满算1800
  E3-1220L specint2006_rate 66左右,E6850 specint2006_rate 36,而E6850单核的specint_2000是3000。简单折算的话,E3-1220L双核specint_2000成绩应该是10800。
  而面积,6.7mm2的A9不包含L2,x86核心是包含256KB L2的。
  ARM Cortex-A9 性能、功耗和面积
  Cortex-A9 单核 软宏试用实现Cortex-A9 双核 硬宏实现
  工艺TSMC 65GTSMC 40G
  优化方式性能优化性能优化功率优化
  标准单元库ARM SC12ARM SC12 + 高性能工具包ARM SC12 + 高性能工具包
  性能(DMIPS 总计)2,075 DMIPS10,000 DMIPS4,000 DMIPS
  频率830 MHz2000 MHz(标准)800 MHz (wc/ss)
  能效 (DMIPS/mW)5.25.268.0
  目标频率下的总功率0.4 W1.9 W0.5 W
  芯片面积1.5 mm2(不包括高速缓存)6.7 mm2 (包括 L1 奇偶校验 和所有 DFT/DFM)4.6 mm2 (包括所有 DFT/DFM)

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  二:功耗,价格与体积
  X86电脑因考虑要适应各种应用的需求,其发展思路是:性能+速度。20多年来x86电脑的速度从原来8088的几M发展到现在随便就是几G,而且还是几核,其速度和性能已经提升了千、万倍,技术进步使x86电脑成为大众生活中不可缺少的一部分。但是x86电脑发展的方向和模式,使其功耗一直居高不下,一台电脑随便就是几百瓦,即使是号称低功耗节能的手提电脑或上网本,也有十几、二十多瓦的功耗,这与ARM结构的电脑就无法相比。
  ARM的设计及发展思路是:满足某个特殊方面的应用即可,在某一专项领域是最强的,(哪怕在其他方面一无是处),这样Arm以其不是最强的技术,同样也不是很高级制程的制造工艺,生产出性能不是很强的电脑系统,但在某个专业应用方面则是最好的,特别是在众多终端应用,尤其在移动终端应用上占有绝对优势的统治地位,这个原因就是:功耗。
  ARM的优势是功耗低,其实低功耗还意味着:
  1)稳定性高:因为功耗越高电子元器件的稳定性和可靠性越差,对低功耗的产品只要选择好外围元件的品质,系统的稳定性不会有太大问题;
  2)散热成本低和可以考虑更小的产品体积:对高功耗的产品不可避免要考虑散热问题,而散热设备(或器件)的存在,有制约了产品的体积,对某些场合的应用构成致命的制约。但ARM<1W,完全不用考虑散热问题。
  3)功耗低对供电电源的要求低:几乎所有电子产品,(在同等条件下)功耗越高对电源的要求越高,电源的成本就越高。
  4)功耗低电池的续航时间长,这不作详尽解释。
  5)功耗低对抗环境伤害的能力强:低功耗产品因为不用考虑散热,可以将产品密封保护起来,但高功耗产品必须散热,甚至需要风扇帮助散热,这样必然使很多的元件和线路裸露在空气中,被空气中的尘埃、湿气、酸碱物质等腐蚀。

  高功耗导致了一系列X86系统无法解决的问题出现:系统的续航能力弱、体积无法缩小、稳定性差、对使用环境要求高等问题。从这里我们可以看到x86系统与ARM系统是在两个完全不同领域方面的应用,他们之间根本不存在替换性,在服务器、工作站以及其他高性能运算等应用方面,是可以不考虑功耗和使用环境等条件时,X86系统占了优绝对优势;但受功耗、环境等条件制约且工作任务固定的情况下ARM就占有很大的优势,在手持式移动终端领域,X86的功耗更使他英雄毫无用武之地。
  因此使用ARM的设备通常在体积上要小于采用X86 cpu的设
  备。目前在智能手机上仅有联想K800采用X86,于今年上市。而在平板电脑上微软并没有在新一代surface平板上沿袭WIntel同盟。而是改用的ARMcpu,从这一点上看来,为了顾虑设备的便携性和体积,设备生产商大多会使用ARM cpu。
  同时Arm的操作系统很小(精简)不可能带很多工具,通常基于Arm的软件大多用C或JAVA开发,其成本会比基于X86系统的高。而且对大多数ARM而言,因其操作系统不一样,软件业不能在两个系统中自由互换使用,但一般来说:用C或JAVA编写的软件只需在ARM平台的操作系统中编译一下就可以移植过去。
  但对Android系统开发的软件,只要能在某台Arm设备中运行,就可以在另一台基于同样系统的设备中运行。
  ARM实际上在CPU芯片中已经整合了几乎所有功能,几乎所有线路按原理图直接拉出就可以了,需要扩展的部分一般不多,所以其开发成本会比较低,通常三五万就可以了。
  但X86的外围线路很多,需要相当经验的工程师,而且还有BIOS等设计,所以X86主板的设计费用会比较高,通常要二三十万。
  无论Arm或X86主板其制造成本都是由元件和加工费构成,通常一片ARM的主板价格与一片X86主板的价格差不多,但ARM是一片可以独立使用的产品,但x86主板通常还要加上:CPU、内存、硬盘甚至还有显卡。
  另外X86还要配上一个电源,这个电源比ARM得电源要贵很多。
  同时据国外媒体报道,市场研究公司Bernstein Research发表报告称,配置ARM芯片的Windows笔记本的价格平均将比配置英特尔x86架构芯片的笔记本低10%。Bernstein Research称,配置ARM芯片的Windows PC将“极大地改变当前Wintel生态系统的平衡。如果ARM能保持这样的价格优势,在500美元以下的家用PC市场上,其份额可以达到60%。”
  综合以上分析,明显X86在硬件方面的应用成本比ARM高得多,在价格上ARM占据着不小的优势。
  三:发展趋势
  在很多的应用终端领域,现正成为两大阵营争夺的重点,ARM阵营努力增加其性能和系统(特别是操作系统)的通用性,蚕食x86系统的部分终端应用市场;X86阵营努力降低功耗保住其市场,同时侵入手持移动终端市场。
  从长远角度来看,如果ARM系统的性能能满足应用需求时,建议尽可能可虑采用ARM结构的产品,否则只能考虑X86的产品。同时如果您的应用数量太少,您可能根本不值得独立开发一套应用系统,但如果您的应用数量达到几百甚至过千时,您是值得考虑自己开发一套新的系统的。因为:Arm的开发成本和制造成本相对比较低,如果有几百个以上终端应用,应该可以分摊掉开发成本。如果选用X86结构的系统,根本不应该考虑单独开发一套专用系统(因为开发成本太高,可能是ARM的10倍),而是在市场上筛选出最接近您需求的产品,以避免高昂的硬件开发成本和今后的制造成本(如果批次生产的数量不够,排产成本也会很高)。
  ARM的操作系统通常是单独建立一个自己的Linux系统,且系统与系统间不能兼容,这严重制约了Arm的应用扩展,但Android出现后,系统兼容的屏障正逐步消失,促进了系统以及应用软件的兼容,大大扩大了ARM应用软件的的数量同时扩大了其应用空间。
  总结上面对比,X86系统和ARM系统应该是两个完全不同领域的应用,如果功能单一又受到环境制约的应用,如:POS、ATM、多媒体广告机(现已经有ARM+DSP的产品)、车载电脑终端等应用,应该首先考虑ARM方案,ARM方案与X86相比,其功耗和成本占有很大优势。

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